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Automação e controle das válvulas de descarga da barragem Pedro Beicht: Uso da energia limpa e da tecnologia para redução de perdas

Resumo

O sistema Alto Cotia possui capacidade de armazenamento de cerca de 17hm³ de água e é composto pelas represas Pedro Beicht e Cachoeira da Graça. O tratamento é realizado na ETA Alto Cotia com capacidade média de 1,2m³/s atendendo cerca de 360 mil pessoas de Cotia, Vargem Grande Paulista, Embu-Guaçu e parte de Embu. A Barragem da Pedro Beicht localiza-se nas cabeceiras do Rio Cotia a aproximadamente 10km de distância da ETA, e é responsável em armazenar e controlar o volume de água do sistema, através das válvulas de descarga o volume que regularizará os níveis operacionais do reservatório da Graça onde é captada a água. A crise hídrica 2014-15 exigiu uma nova postura da Sabesp para garantir a operação otimizada e melhor aproveitamento dos recursos hídricos. A automação das válvulas de descarga tornou o sistema mais customizado, fazendo o uso de energia limpa, reduzindo custos operacionais com descolamento do operador e hora/homem em 33%, evitando perdas do recurso hídrico pela agilidade na operação com controle preciso e registros de dados, criando novos subsídios para a gestão corporativa.

Introdução

A Barragem de Pedro Beicht localiza-se nas cabeceiras do Rio Cotia, coordenadas -23.715008 e -46.959601, dentro do município de Cotia, a aproximadamente 10 km do povoado denominado de Morro Grande, onde se situa a ETA Alto Cotia da SABESP, coordenadas -23.650038 e -46.960566.

A Barragem Pedro Beicht é o principal manancial e responsável em armazenar e controlar o volume de água do sistema Alto Cotia, controlando através das válvulas de descarga o volume de água que regularizará os níveis operacionais do reservatório jusante, Represa da Graça – ETA Alto Cotia e isolinas – ETA Baixo Cotia.

A crise hídrica 2014-15 exigiu a instalação de novas elevatórias de transferência de água bruta, sendo que, para garantir a operação e funcionamento destas e de outras mais antigas, de forma eficiente e otimizando os trabalhos do atual quadro de funcionários, tornou-se necessário à automação destas estações com a integração para possibilitar uma operação remota e centralizada.

A automação das válvulas de descarga da Barragem Pedro Beicht foi integrada ao SCOA – Sistema de Controle de Operação de água da Sabesp, que possibilita a visualização e operação de todo o sistema, além das outras estações integradas, com armazenamento dos históricos de funcionamento, avarias e alarmes.

O SCOA funciona com a permissão de níveis de senhas hierárquicas, para que cada equipe ou unidade execute a operação dentro da sua área de abrangência.

Os servidores do SCOA estão instalados na Sabesp na unidade de Pinheiros – São Paulo-SP, e disponibilizam os dados por acesso via intranet de forma a permitir a visualização e controle de todo processo operacional a toda empresa, permitindo uma maior agilidade das equipes de nível operacional e nível tático.

A automação da Barragem Pedro Beicht consiste em controlar e supervisionar as válvulas das descargas de fundo (linha principal e excedente) da barragem que tem como função a transferência de água bruta da represa Pedro Beicht para a represa da Cachoeira da Graça, mantendo os níveis operacionais do sistema produtor Alto Cotia. As águas são aduzidas por meio do rio Cotia com aproximadamente 10 km de extensão em canal aberto até o reservatório Cachoeira da Graça.

A estrutura possui 06 (seis) válvulas borboletas, sendo cinco (5) válvulas com diâmetro de Ø 900mm e uma (1) válvula com diâmetro de Ø 400mm, com acionamento através de atuador eletromecânico que podem funcionar de forma alternada, e 02 (dois) medidores de vazão eletromagnéticos tipo carretel (DN400 e DN900mm), que efetuam a medição da vazão da descarga pela barragem.

A vazão instantânea possui imensa importância no sistema, uma vez que seus valores determinam os percentuais de abertura das válvulas.

Cada atuador elétrico das válvulas possui controle de posição e chaves fim de curso. O acionamento destas válvulas possui operação em modo local e remoto, através do CLP e o sistema SCOA – Sabesp.

Também existe a medição da vazão do vertedor à jusante da estrutura de controle e o nível da represa Pedro Beicht, que são utilizados para equilibrar o balanço de massa do sistema.

As válvulas, antes da automação, eram operadas com acionamento manual, manobradas pelo operador volante, diretamente no atuador.

O operador se desloca aproximadamente 12km da ETA Alto Cotia até o local, dentro da reserva florestal do Morro Grande, e efetuava a abertura e fechamento das válvulas manualmente, conforme a demanda de produção de água da ETA. Em média são 12 horas para validar as manobras e verificar se as mesmas atenderam a demanda hídrica jusante a barragem Pedro Beicht.

Devido à distância e a indisponibilidade de fornecimento de energia elétrica pela concessionária no local (reserva florestal) e as dificuldades de implantação de um sistema de comunicação de dados, foi instalado um painel com sistema de RF (GPRS/3G), para manter a comunicação com o SCOA, enviando os dados dos status das válvulas, vazões, níveis, sistema de drenagem, condições do banco de baterias e geração de energia auxiliar em tempo real.

O sistema de geração de energia é composto por placas solares e bancos de baterias estacionárias que alimentam o painel e todo o sistema elétrico. A energia elétrica auxiliar provém de um gerador à biodiesel com baixa emissão de ruído que atende a norma NBR 10151 para acústica e o conforto da fauna local.

O sistema foi concebido para trabalhar em modo local, remoto e automático e está em operação desde o final de 2017.

O modo local funciona através do acionamento de botoeiras ou IHM pelo operador volante.

O modo remoto através do SCOA apresenta um desenho da planta na tela do terminal (PC) onde o operador faz a seleção da válvula que irá modular.

O modo automático opera de forma autônoma onde o operador apenas digita as condições hídricas e de consumo da ETA, o próprio sistema determina qual é a vazão a ser descarregada modulando às válvulas. Neste modo o CLP através de um algoritmo de software, analisa a previsão do tempo (clima) e de acordo com as chuvas o sistema diminui ou aumenta a vazão de descarga.

Todo este cálculo foi concebido de acordo com o histórico das operações executas ao longo do tempo.

Autores: Danilo Subira; Alexandre dos Santos Bueno e Osmar Rivelino.